МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
«Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»
Волгодонский инженерно-технический институт –
филиал федерального государственного автономного образовательного учреждения высшего
образования «Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»
(ВИТИ НИЯУ МИФИ)
ОДОБРЕНО
Ученым советом, протокол №2
от «31» августа 2021 г.
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
«Ядерная физика»
Специальность:14.05.02 Атомные станции: проектирование, эксплуатация и
инжиниринг
Наименование образовательной программы: Проектирование и эксплуатация
атомных станций
Уровень образования: специалитет
г. Волгодонск
Общая трудоемкость дисциплины составляет 2 кредита 72 часа.
Контактная работа
лекции
в т.ч. в интерактивной форме
лабораторные занятия
в т.ч. в интерактивной форме
48
32
Самостоятельная работа
24
часа
Форма отчетности:
Зачет
5
Семестр
Курсы: 3
Семестры: 5
16
часов
часа
4часа
часов
6часов
1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
1.1 Цель дисциплины: изучение фундаментальных законов природы и
основных физических законов.
1.2 Задачи освоения дисциплины:
- Формирование научного мировоззрения и современного физического
мышления;
- Овладение приемами и методами решения конкретных задач из различных
областей физики;
- Формирование умения выделить конкретное физическое содержание в
прикладных задачах будущей специальности.
2. МЕСТО ДИСЦИПЛИНЫ В СТРУКТУРЕ ООП ВО
Дисциплина «Ядерная физика» относится базовой части Блока 1., изучается
в 5семестре.
Для освоения данной дисциплины требуется знание дисциплин: Линейная
алгебра. Аналитическая геометрия. Начала анализа; Математический анализ;
Общая физика (Элементы квантовой физики атомов и молекул); Общая физика
(Механика. Молекулярная физика и основы термодинамики); Общая физика
(Электричество и магнетизм)
Знания, полученные при изучении дисциплины, помогут студентам при изучении
других дисциплин базовой и вариативной части программы: Ядерные
энергетические реакторы; Физика ядерных реакторов; Кинетика ядерных
реакторов; Эксплуатация АЭС; Безопасность жизнедеятельности; Атомные
электростанции; в научно-исследовательской работе, дипломном проектировании,
а также в дальнейшей профессиональной деятельности.
3. КОМПЕТЕНЦИИ СТУДЕНТА, ФОРМИРУЕМЫЕ В РЕЗУЛЬТАТЕ
ОСВОЕНИЯ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ (МОДУЛЯ) / ОЖИДАЕМЫЕ
РЕЗУЛЬТАТЫ ОБРАЗОВАНИЯ И КОМПЕТЕНЦИИ СТУДЕНТА ПО
ЗАВЕРШЕНИИ ОСВОЕНИЯ ПРОГРАММЫ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
Дисциплина направлена на формирование следующих компетенций:
ОПК-1, способен использовать базовые знания естественнонаучных
дисциплин
в
профессиональной
деятельности,
применять
методы
математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального
исследования.
В результате изучения дисциплины студент должен:
1) знать:
- основные физические явления и основные законы физики; границы их
применимости, применение законов в важнейших практических приложениях;
- основные физические величины и физические константы, их определение,
смысл, способы и единицы измерения.
2) уметь:
- указать, какие законы описывают данное явление или эффект, и
записывать уравнения для физических величин.
3) владеть:
- навыками использования основных общефизических законов и принципов
в важнейших практических приложениях;
- навыками обработки и интерпретирования результатов эксперимента и
работы с учебно-методической литературой.
4. СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
Общая трудоемкость дисциплины составляет 2 зачетные единицы 72 часа.
4.1 Структура дисциплины
Раздел учебной
дисциплины
Текущи
й
контрол
ь
успевае
мости
(неделя,
форма)
Аттест Макси
ация
мальн
раздела
ый
(неделя балл за
,
раздел
форма)
1-9
Виды учебной деятельности,
включая самостоятельную
работу студентов и
трудоемкость
(в часах)
Лек Лабор.
В
Самост
ции заняти ИФ
.
я
работа
5 семестр
16
8
4
12
7 ЛР
8 ОП
9 КИ
25
10-17
16
14 ЛР
16 ИДЗ
17 КИ
25
Недели
№
п/п
Раздел
1.
Квантовая
физика, физика
атома
2
Раздел
2.
Элементы
ядерной физики
и
физики
элементарных
частиц
Зачет
Итого за 5 семестр
1
32
8
16
6
10
12
24
50
100
ЛР – лабораторная работа; ОП – опрос; ИДЗ – индивидуальное домашнее задание;
КИ – контроль по итогам.
4.2 Содержание дисциплины
4.2.1 Наименование тем, их содержание и объем в часах
Раздел № 1. Квантовая физика, физика атома – 16 ч.
Лекция № 1. Элементы квантовой механики. Волновая функция и ее
статистический смысл. Уравнение Шредингера. Движение свободной частицы.
Лекция № 2. Элементы квантовой механики (продолжение). Частица в
одномерной потенциальной яме. Прохождение частицы сквозь потенциальный
барьер. Линейный гармонический осциллятор. Атом водорода в квантовой
механике. Основное состояние атома водорода.
Лекция № 3. Элементы физики атомов и молекул.
Спин электрона. Фермионы и бозоны. Принцип Паули. Рентгеновские спектры.
Лекция № 4. Элементы физики атомов и молекул (продолжение).
Энергетические спектры молекул. Поглощение и излучение света. Оптические
квантовые генераторы (лазеры).
Лекция № 5. Элементы квантовой статистики.
Фазовое пространство. Функция распределения. Распределения Бозе-Эйнштейна
и Ферми-Дирака. Вырожденный электронный газ в металлах. Понятие о
квантовой теории теплоемкости. Фононы.
Лекция № 6. Элементы квантовой статистики (продолжение).
Выводы квантовой теории электропроводности металлов. Сверхпроводимость.
Исходные представления зонной теории твердых тел. Металлы, диэлектрики и
полупроводники по зонной теории.
Лекция № 7. Элементы физики твердого тела.
Собственная проводимость полупроводников. Примесная проводимость
полупроводников. Контакт двух металлов по зонной теории.
Лекция № 8. Элементы физики твердого тела (продолжение).
Термоэлектрические
явления.
Контакт
электронного
и
дырочного
полупроводников.
Раздел № 2.
Элементы ядерной физики и физики элементарных частиц – 16 ч.
Лекция № 9. Элементы физики атомного ядра.
Основные свойства и строение ядра. Энергия связи ядер. Ядерные силы.
Лекция № 10. Элементы физики атомного ядра (продолжение).
Радиоактивность. Закон радиоактивного распада. Правила смещения. -Распад.
-Распад. Гамма-излучение.
Лекция № 11. Элементы физики атомного ядра (продолжение).
Ядерные реакции и их основные типы. Позитрон. Электронный захват. Ядерные
реакции под действием нейтронов. Реакция деления ядра.
Лекция № 12. Элементы физики атомного ядра (продолжение).
Цепная реакция деления. Устройство и принцип действия энергетических
ядерных реакторов.
Лекция № 13. Элементы физики атомного ядра (продолжение).
Термоядерные реакции. Космическое излучение. Мюоны, мезоны и их свойства.
Лекция № 14. Элементы физики элементарных частиц.
Фундаментальные взаимодействия. Частицы и античастицы.
Лекция № 15. Элементы физики элементарных частиц (продолжение).
Гипероны. Странность и четность элементарных частиц. Классификация
элементарных частиц. Кварки.
Лекция № 16. Методы наблюдения и регистрации радиоактивных излучений
и частиц. Использование радиоизотопов в промышленности и науке.
4.2.2 Темы лабораторных занятий, их содержание и объем в часах
№ № раздела
Тематика лабораторных занятий
Выполнение
п/ дисциплины
(час)
п
аудито
СРС
рных
5 семестр
1
Раздел 1. Квантовая 1. Теория Бора водородоподобных
8
6
физика, физика
систем. Элементы квантовой
атома
механики. Элементы физики атомов
и молекул.
2. Элементы квантовой статистики.
3. Элементы физики твердого тела.
2
Раздел 2. Элементы 1. Элементы физики атомного ядра. 8
6
ядерной физики и
2. Элементы физики элементарных
физики
частиц.
элементарных
частиц
Всего
16
12
4.2.4 Индивидуальные домашние задания
Для формирования указанных целей и компетенций студентам на практике
выдаются в рамках СРС в виде ИДЗ по вариантам блоки задач, которые
составляются на основе типовых задач из задачников. Подобные же задачи
решаются студентами на практических занятиях по тематике изучаемого модуля.
ИДЗ состоит из нескольких блоков типовых задач, охватывающих тематику
данного семестра, по 5 задач на каждый раздел.
4.3. Организация самостоятельной работы студентов
Самостоятельная работа студентов подразумевает под собой проработку
лекционного и практического материала, рекомендуемой литературы для
подготовки к практическим, к ИДЗ, и к зачету.
Самостоятельная работа студента (СРС)
Семестр 5
Изучение теоретического материала (задания лектора)
Подготовка к лабораторным занятиям, в т.ч.
выполнение ИДЗ
Итого за 5 семестр
12
12
22
5. ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ
5.1. Образовательные технологии
При реализации программы учебной дисциплины «Ядерная физика»
используются традиционные и интерактивные образовательные технологии.
Аудиторные занятия проводятся в форме лекций и практических занятий.
Самостоятельная работа студентов подразумевает под собой проработку
лекционного материала и рекомендуемой литературы для выполнения ИДЗ,
подготовки к практическим, опросу и зачету.
При реализации программы учебной дисциплины «Ядерная физика»
используются такие интерактивные формы занятий, как проведение занятий с
применением компьютерных технологий – лекции-презентации с применением
каталога физических демонстраций НИЯУ МИФИ.
5.2. Информационные технологии
Перечень программного обеспечения и информационных справочных систем
- MS Office 2010 для учебных заведений.
В учебном процессе применяются:
- мультимедийные средства (компьютер, проектор, учебные фильмы);
- презентации отдельных тем разделов дисциплины;
- электронный УМКД;
- электронные пособия по конструкциям реакторов разного типа;
- электронные архивы и библиотеки
6. ОЦЕНОЧНЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ВХОДНОГО, ТЕКУЩЕГО
КОНТРОЛЯ И ПРОМЕЖУТОЧНОЙ АТТЕСТАЦИИ (АННОТАЦИЯ)
6.1. Перечень компетенций с указанием этапов их формирования в процессе
освоения образовательной программы.
6.1.1 Модели контролируемых компетенций.
Компетенции, формируемые в процессе изучения дисциплины:
ОПК-1, способен использовать базовые знания естественнонаучных
дисциплин
в
профессиональной
деятельности,
применять
методы
математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального
исследования
Согласно рабочему учебному плану направления, в формировании данных
компетенций участвуют дисциплины и виды практик:
ОПК-1,
Основы математического моделирования и численные методы;
Экономика;
Линейная алгебра. Аналитическая геометрия. Начала анализа;
Математический анализ;
Дифференциальные уравнения. Теория рядов;
Теория вероятностей. Математическая статистика;
Общая физика (Механика. Молекулярная физика и основы термодинамики;
Общая физика (Электричество и магнетизм);
Общая физика (Волны и оптика);
Общая физика (Элементы квантовой физики атомов и молекул);
Химия;
Экология;
Теоретическая механика;
Техническая термодинамика;
Электротехника и электроника;
Механика жидкости и газов;
Ядерная физика;
Тепломассообмен;
Организация производства и менеджмент;
Электрическая часть АЭС;
Водный режим АЭС;
Экономика атомной энергетики;
Теория функций комплексного переменного;
Векторный и тензорный анализ;
Учебная практика;
Учебная (практика по получению первичных профессиональных умений и навыков, в т
умений и навыков научно-исследовательской деятельности);
Производственная (практика по получению профессиональных умений и опыта профес
Производственная (преддипломная практика);
Подготовка к сдаче и сдача государственного экзамена;
Выполнение и защита выпускной квалификационной работы.
В результате освоения дисциплины для формирования данных компетенций
студенты должны:
1) знать:
З1 – основные физические явления и основные законы физики; границы их
применимости, применение законов в важнейших практических приложениях;
З2 – основные физические величины и физические константы, их
определение, смысл, способы и единицы измерения.
2) уметь:
У1 – указать, какие законы описывают данное явление или эффект, и
записывать уравнения для физических величин.
3) владеть:
В1 – навыками использования основных общефизических законов и
принципов в важнейших практических приложениях;
В2 – навыками обработки и интерпретирования результатов эксперимента и
работы с учебно-методической литературой.
6.1.2 Программа оценивания контролируемых компетенций.
№
Контролируемые Код контролируемой
Наименование оценочного
п/п
разделы
компетенции или ее
средства
дисциплины
части
текущий
рубежный
7 ЛР
9 КИ
1
Квантовая
ОПК-1
8
ОП
физика, физика
атома
14 ЛР
17 КИ
2
Элементы
ОПК-1
16
ИДЗ
ядерной физики
и
физики
элементарных
частиц
ПР – практическая работа; ИДЗ – индивидуальное домашнее задание; КИ –
контроль по итогам.
Зачетная оценка выставляется преподавателем с учетом всех работ по
дисциплине, представленных студентами в течение семестра.
Формой аттестации по дисциплине является зачет, проводимый в
традиционной форме.
6.2. Оценочные средства для входной, текущей и промежуточной
аттестации (аннотация).
Представление
Наименование
№
Краткая характеристика оценочного
оценочного
оценочного
п/п
средства
средства в
средства
фонде
Практическая
работа
Средство проверки умений применять
полученные знания для решения задач
определенного типа по разделу
Комплект
контрольных
заданий
2
Опрос
Средство контроля усвоения учебного
материала темы, раздела или разделов
дисциплины, организованное в виде
письменных ответов обучающихся на
заданные вопросы и/или тестирование.
Вопросы по
разделам
дисциплины,
фонд тестовых
заданий
4
Продукт самостоятельной работы студента,
представляющий собой
регламентированное задание,
позволяющее диагностировать: 1) знание
Индивидуальн
Комплект
теоретического материала (базовые
ое домашнее
заданий по
понятия, определения, законы); 2) умение
задание
вариантам
интегрировать знания различных разделов
дисциплины; 3) владение навыками
практического применения законов
физики.
1
7.
УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ
ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
И
ИНФОРМАЦИОННОЕ
7.1. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины
а) Основная литература
1. Савельев, И.В. Курс общей физики. В 5-и тт. Том 5. Квантовая оптика.
Атомная физика. Физика твердого тела. Физика атомного ядра и элементарных
частиц [Электронный ресурс] : учебное пособие. — Электрон. дан. — СПб. :
Лань,
2011.
—
369
с.
—
Режим
доступа:
http://e.lanbook.com/books/element.php?pl1_id=708 — Загл. с экрана.
б) Дополнительная литература
1. Трофимова Т.И. Курс физики [Текст] : учеб. пособие для вузов / Т. И.
Трофимова. -20-е изд.,стер. - Москва : Академия, 2014. - 560 с.
2. Физика и эксплуатационные режимы реактора ВВЭР-1000 [Электронный
ресурс] : монография / В. И. Белозеров [и др.]. - Москва : НИЯУ МИФИ, 2014. Режим
доступа:
http://libcatalog.mephi.ru/cgi/irbis64r/cgiirbis_64.exe?C21COM=F&I21DBN=pdf&P21
DBN=BOOK&path=bookmephi/Belozerov_Fizika_i_ekspluatatsionnye_rezhimy_reaktora_VVER1000_2014&page=1&Z21ID=1715195761955718315537
3. Савандер, В.И. Физическая теория ядерных реакторов [Электронный
ресурс] : учебное пособие для вузов / В. И. Савандер, М. А. Увакин. - Москва :
НИЯУ МИФИ.Ч.2 : Теория возмущений и медленные нестационарные процессы. [Б. м.], 2013. - Режим доступа: http://library.mephi.ru/Data-IRBIS/bookmephi/Savander_Fizicheskaya_teoriya_yadernyh_reaktorov_ch.2_2013.pdf
4. Увакин, М.А. Лабораторный практикум "Физическая теория ядерных
реакторов" [Электронный ресурс] : учебное пособие для вузов / М. А. Увакин, В.
И. Савандер. - Москва : НИЯУ МИФИ, 2013. - Режим доступа:
http://library.mephi.ru/Data-IRBIS/bookmephi/Uvakin_Laboratornyj_praktikum_Fizicheskaya_teoriya_yadernyh_2013.pdf
5. Трофимова, Т.И. Физика. Решения задач [Текст]: учеб. пособие для сред.
проф. образования / Т. И. Трофимова, А. В. Фирсов. - М.: Дрофа, 2008. - 398 с.: ил.
6. Савельев, И.В. Курс общей физики [Текст]: учеб. пособие для втузов. В 3
т. Т. 3 : Квантовая оптика. Атомная физика. Физика твердого тела. Физика
атомного ядра и элементарных частиц / И. В. Савельев. - Изд. 8-е, стер. - СПб. [и
др.]: Лань, 2007. - 320 с.: ил.
7. Детлаф, А.А.
Курс физики [Текст]: учеб. пособие для втузов / А. А.
Детлаф, Б. М. Яворский. - 6-е изд., стер. - М.: Академия, 2007. - 720 с.: ил.
8. Фриш, С.Э. Курс общей физики [Текст]: учебник. В 3 т. Т. 1 : Физические
основы механики. Молекулярная физика. Колебания и волны / С. Э. Фриш, А. В.
Тиморева. - изд. 12-е, стер. - СПб. [и др.]: Лань, 2007. - 480 с.: ил.
9. Кингсеп А.С. Курс общей физики. Основы физики [Текст]: учеб. для вузов.
Т. I : Механика. Электричество и магнетизм. Колебания и волны. Волновая оптика
/ А. С. Кингсеп, Г. Р. Локшин, О. А. Ольхов; под ред. А.С. Кингсепа. - 2-е изд.,
испр. - М.: ФИЗМАТЛИТ, 2007. - 704 с.
10. Суханов, А.Д. Лекции по квантовой физике [Текст]: учеб. пособие для
вузов / А. Д. Суханов, О. Н. Голубева. - М.: Высш. шк., 2006. - 528 с.: ил.
11. Дмитриева, В.Ф. Основы физики [Текст]: учеб. пособие для вузов / В. Ф.
Дмитриева, В. Л. Прокофьев. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Высш. шк., 2001. 527 с.: ил.
7.2. Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов
по дисциплине
1. Ермолаева, Н.В. Физика (разделы "Колебания и волны", "Оптика",
"Физика атомов и молекул", "Физика атомного ядра и элементарных
частиц") [Текст] : учеб.-метод. пособие к выполнению практических
заданий для студентов очной формы обучения / Н. В. Ермолаева. Москва : НИЯУ МИФИ, 2015. - 144 с. 8. МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ УЧЕБНОЙ
ДИСЦИПЛИНЫ.
Учебная дисциплина обеспечена учебными аудиториями (а.106, 110).
Обеспечение образовательного процесса института оборудованными
учебными кабинетами, объектами для проведения лабораторных занятий по
специальности 14.05.02 «Атомные станции: проектирование, эксплуатация,
инжиниринг»
1. Лекционная аудитория и учебный компьютерный класс, в составе которого:
- персональные компьютеры IBM PC 12 ед.;
- компьютерный проектор;
- комплект настенных плакатов;
2.
Осциллограф ATTEN ADS1022C
Типовой комплект оборудования для компьютеризованной лаборатории
"Квантовая физика" ФПК
Типовой комплект оборудования по курсу " Ядерная физика "
Рекомендуемые интернет ресурсы:
http://mon.gov.ru/ - официальный сайт Министерства образования и науки РФ;
http://www.fepo.ru/
Федеральный
интернет-экзамен
в
сфере
профессионального образования;
http://www.viti-mephi.ru/ - официальный сайт ВИТИ НИЯУ МИФИ;
http://www.mephi.ru/ - официальный сайт НИЯУ МИФИ (в том числе раздел
сайта «Полезные ресурсы»);
www.rosatom.ru/ - официальный сайт госкорпорации «Росатом»;
www.rosenergoatom.ru - официальный сайт ОАО «Концерн Росэнергоатом»;
www.mephist.ru – портал студентов и выпускников МИФИ, учебные
материалы;
http://neo-chaos.narod.ru/books.htm - книги, статьи, учебные материалы
МИФИ;
http://atomic-energy.ru/ - портал по атомной энергетике;
9. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ДЛЯ ОБУЧАЮЩИХСЯ ПО
ОСВОЕНИЮ ДИСЦИПЛИНЫ
Вид учебных
Деятельность студента
занятий
Лекция
Написание конспекта лекций: кратко, схематично,
последовательно фиксировать основные положения, выводы,
формулировки; выделять ключевые понятия, термины.
Проверка терминов с помощью энциклопедий, справочников,
словарей с выписыванием толкований в тетрадь. Обозначение
вопросов, которые вызывают трудности, поиск ответов в
рекомендуемой литературе. Если самостоятельно не удается
разобраться в материале, необходимо сформулировать вопрос и
задать преподавателю на консультации, на практическом
занятии.
Устный опрос Для подготовки необходимо внимательно ознакомиться со
списком вопросов. При необходимости разбейте вопросы на
группы и подготовьте по 5-7 вопросов каждый день. Следует
учитывать, что при проведении опроса время на подготовку не
отводится, и необходимо продумать ответы заранее.
